Владимир Фетисов - Беспилотная авиация: терминология, классификация, современное состояние

Пример беспилотного вертолета такой схемы – аппарат ORCA швейцарской фирмы Swiss Unmanned Systems (рис. 1.34). У этого вертолета реактивный двигатель мощностью 215 л.с. установлен сверху. От него горячий воздух (700 °С) подается через полые лопасти к соплам, расположенным на окончаниях этих лопастей. Максимальная взлетная масса вертолета 350 кг, масса полезной нагрузки 120 кг. Потолок составляет 375 м. Длительность полета 2,5 ч.

Вертолеты с крылом. Рост скорости вертолета ограничен срывом потока с отступающей лопасти несущего винта. Для увеличения скорости полета необходимо разгрузить несущий винт. Это может осуществляться постановкой крыла на вертолет. Типичные примеры приведены на рис. 1.35.

Рис. 1.34. Реактивный беспилотный вертолет ORCA фирмы Swiss Unmanned Systems (Швейцария, 2011)

Рис. 1.35. Вертолеты с крылом

Винтокрылы. Для увеличения скорости полета у этих аппаратов используют крылья и дополнительные тянущие двигатели. Подъемная сила на режиме вертикального полета создается несущим винтом, а на режиме горизонтального полета – крылом с дополнительными тянущим (или толкающим) винтом. В англоязычных источниках этот класс аппаратов встречается под самыми разными названиями: gyrodyne, compound helicopter, compound gyroplane, heliplane [34].

Несущих винтов у винтокрыла может быть два (как у вертолета Ка-22, рис. 1.36) или один (как у вертолета Eurocopter ХЗ, рис. 1.37). Возможны также варианты с несущими винтами, выполненными по сосной схеме, как у винтокрыла Sikorsky S-97 Raider (рис. 1.38).

Рис. 1.36. Винтокрыл Ка-22 (СССР, 1960)

Рис. 1.37. Винтокрыл Eurocopter ХЗ. Выпускается с 2010 г. компанией Eurocopter (Франция-Германия). Максимальная крейсерская скорость 430 км/ч

Винтокрыл, обладая несущим винтом, может производить вертикальный взлёт и посадку, как вертолёт. В полёте наличие крыла и дополнительных движителей, как у самолёта, позволяет ему развивать достаточно большую скорость по сравнению с аналогичным вертолётом, что является основным преимуществом. В горизонтальном полёте несущий винт винтокрыла работает в режиме авторотации (или очень близким к нему), как у автожира. Недостатком является сложность конструкции.

Рис. 1.38. Sikorksy S-97 Raider – перспективный скоростной многоцелевой винтокрыл (США). Летные испытания планируются на 2014 г. Разрабатывается в пилотируемой и беспилотной версиях. Максимальная крейсерская скорость 490 км/ч

Гибридные винтокрылые аппараты – автожиры и конвертопланы. Кроме рассмотренных классов аппаратов самолетного и вертолетного типа существуют их гибридные разновидности, такие как автожиры и конвертопланы, которые имеют некоторые признаки как вертолетов, так и самолетов.

Автожир (другие названия: гирокоптер, гироплан, ротаплан, англоязычные: autogiro, gyrocopter, gyroplane, rotoplane) – схема, подобная самолёту, у которого в качестве крыла (или в дополнение к нему) установлен свободно вращающийся винт (рис. 1.39) [35].

Как и вертолёту, автожиру несущий винт необходим для создания подъёмной силы, однако создание подъемной силы основным винтом автожира основано на другом принципе. Он создает виртуальную дисковую поверхность, при набегании на которую встречного потока воздуха и создаётся подъёмная сила. Здесь существенно, что в полёте этот винт наклонён назад, против потока – подобно фиксированному крылу с положительным углом атаки (вертолёт, наоборот, наклоняет винт в сторону движения, т.к. создаёт приводным несущим винтом и подъёмную, и горизонтальную пропульсивную силы одновременно). Кроме несущего ротора, автожир обладает ещё и тянущим (рис. 1.39, а) или толкающим (рис. 1.39, б) маршевым винтом (пропеллером), как и у обычного самолёта. Этот маршевый винт и сообщает автожиру горизонтальную скорость [36-38 ].

а

б

Рис. 1.39. Автожиры: а – Cierva С19 (Великобритания, 1929); б – современный легкий автожир

Автожиры отличаются от винтокрылов, которые имеют подключаемый привод несущего винта от двигателя, позволяющий им использовать как режим авторотации, так и режим вертолётного полёта. На больших скоростях их роторная система действует сходным с автожиром образом (в режиме авторотации), обеспечивая только подъёмную силу, но не тягу. Можно сказать, что винтокрылы занимают промежуточное положение, сочетая в себе качества автожиров и вертолётов [35].

Большинство автожиров не могут взлетать вертикально, но им требуется гораздо более короткий разбег для взлёта (10-50 м, с системой предраскрутки ротора), чем самолётам. Почти все автожиры способны к посадке без пробега или с пробегом всего несколько метров. По маневренности они находятся между самолётами и вертолётами, несколько уступая вертолётам и абсолютно превосходя самолёты. Автожиры превосходят самолёты и вертолёты по безопасности полёта. Самолёту опасна потеря скорости, поскольку он сваливается при этом в штопор. Автожир при потере скорости начинает снижаться. При отказе мотора автожир не падает, вместо этого он снижается (планирует), используя эффект авторотации (несущий винт вертолёта при отказе двигателя также переводится в режим авторотации, но на это теряется несколько секунд и падают обороты ротора, важные при вынужденной посадке). При посадке автожиру не требуется посадочная полоса.

Скорость автожира сравнима со скоростью лёгкого вертолёта и несколько уступает лёгкому самолёту. По расходу топлива они уступают самолётам, техническая себестоимость лётного часа автожира в несколько раз меньше, чем у вертолёта, благодаря отсутствию сложной трансмиссии. Типичные автожиры летают со скоростью до 180 км/ч), а расход топлива составляет 15 л на 100 км при скорости 120 км/ч. Другими преимуществами автожиров являются гораздо меньшая, чем в вертолётах, вибрация, а также способность летать при значительном (до 20 м/с) ветре.